无水硫酸钠（元明粉）结晶条件
（熊汇洋 眉山鹏福进出口有限公司）
1.1 晶核的形成
溶解—蒸发法生产无水硫酸钠,硫酸钠蒸发结晶一次完成,结晶是在溶液中进行。溶液中结晶的首要条件就是溶液的过饱和度。当溶液蒸发到一定的过饱和度,由于溶液中其他物质的质点或在外力的作用下,溶液本身析出固相质点,就形成了晶核。如果溶液没有过饱和度,晶核便不能形成。晶核形成速率简化数学表达式是:
j= dn°/dθ = knδcmm ax
式中:j — 晶核形成速率;
θ— 时间;
n — 单位容积的晶核数目;
δcm max — 允许使用的最大浓差过饱和度;
m — 晶核形成动力学的反应级数。
也就是说,晶核形成是以过饱和度为推动力的。控制晶核形成速率是产品质量的保证。在生产过程中,晶核的形成主要靠外力和加进晶种。由于蒸发器循环是用循环泵强制循环,使料液始终处于激烈的搅动状态,足以产生晶核。同时,现行生产工艺流程固液分离是采用离心机分离,离心分离后的母液和增稠器顶流都返回到系统中,这两种回流液中均含有晶种,所以本生产所需晶核是绰绰有裕。
1.2 结晶的生长
晶核一旦形成,溶质分子在晶核上一层又一层地覆盖,这就叫结晶生长。常见的结晶生长速率的数学表达式是:
rg= c′vlδcn"
式中:rg — 结晶生长速率;
δc — 过饱和度;
v — 溶液与结晶相对平均流速;
c′、l — 常数及级数。
式中主要考虑了溶液的过饱和度和晶体与溶液间相对流速。可见,结晶生长仍是以过饱和度为推动力的。晶体与溶液间相对流速反映在操作上主要是注意料液的循环流速。结晶生长速率受过饱和度和相对流速控制,也与扩散理论一致。从扩散理论来分析, 结晶生长过程是由三个步骤组成。第一步溶质由溶液扩散到晶体表面附近的静止液层。第二步溶质穿过静止液层后,到达晶体表面, 生长在晶体表面上,晶体增大,放出结晶热。第三步放出的结晶热再靠扩散传递到溶液的主体去。操作中工况的差异导致结晶生长速率的不同,这是生产中务必注意的一点。
1.3 晶核形成与结晶生长之间的关系
晶核形成和结晶生长都是以过饱和度为推动力的,结晶生长的同时,新的晶核也在形成,而且晶核的形成速率和结晶的生长速率都是随过饱和度增大而增大,不过二者因过饱和度的动力学级数不同。如果晶核形成速率大,产品粒径必然小,分布不均匀,影响产品质量。因为晶核形成消除了料液的过饱和度,也就是说,消除了推动力。要使产品有一定的粒度,则